1、課程綜合考試，合計分數(shù)70分一、 判斷題（正確打標記，錯誤打標記，每題1分，共10分）1 （ ）重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時所得特性曲線不一致性程度。重復(fù)性指標用輸出不重復(fù)誤差與滿量程輸出的百分比表示。2 （ ）熱電偶的熱電勢的大小與熱電偶尺寸、形狀及電極溫度分布無關(guān)，只與導(dǎo)體材料及導(dǎo)體中間溫度有關(guān)。3 （ ）對于壓電晶體中的多晶體壓電陶瓷當沿X軸的方向施加外作用力時，會在垂直于X軸和Y軸兩個軸的表面出現(xiàn)電荷。4 （ ）電容式傳感器在工作頻率為10KHZ時工作，要考慮引線電感對電容阻抗的影響，避免引起傳感器有效靈敏度的改變。5 （ ）熱探測器光電器件是基于光輻射與物質(zhì)相

2、互作用的光效應(yīng)6 （ ）電阻絲應(yīng)變片存在的橫向效應(yīng)是縱向應(yīng)變造成電阻減少，橫向應(yīng)變造成電阻增加而產(chǎn)生的。7 （ ）氣隙型電感式傳感器采用差動結(jié)構(gòu)也不能完全消除非線性誤差。8 （ ）光敏電阻的暗電阻越小，亮電阻越大，則性能越好。9 （）利用超聲波的多普勒頻移法可測量含有懸浮顆粒或氣泡流體的流量。10 （ ）銅熱電阻在一些測量精度要求不高，且溫度較低的場合，用來測量-50+120范圍的溫度。二、簡答題（每題5分共20分）1什么是傳感器？包含哪些方面含義，傳感器由哪三個部分組成？傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（3分）常用的分類方法有兩種，一種是按被測物理量

3、來分；另一種按傳感器的工作原理來分。（1分）按被測物理量劃分的傳感器如：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器等。（0.5分）按工作原理可劃分為：電學(xué)式傳感器、磁學(xué)式傳感器、光電式傳感器、電荷傳感器等。（0.5分）2分別簡述利用半導(dǎo)體感溫片的光纖溫度傳感器和光纖液位傳感器的工作原理。答：1）光纖溫度傳感器工作原理：當光纖一端輸入一恒定光強的光時，由于半導(dǎo)體感溫薄片透射能力隨溫度變化，光纖另一端接收元件所接受的光強也隨被測溫度而改變。于是通過測量光探測器輸出的電量，便能遙測到感溫探頭處的溫度。（2分）2）光纖液位傳感器的工作原理：當光纖探頭沒有接觸液面（處于空氣中）時，光線在

4、探頭內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射，而返回到光電二極管；當探頭接觸液面，由于液體與空氣折射率不同，所以全內(nèi)反射被破壞，將有部分光線透入液體，使返回光電二極管的光強變。返回光強是液體折射率的函數(shù)。返回光強發(fā)生突變時，測頭已接觸到液位。（3分）3一個均勻的線繞電阻傳感器其固有電阻為R，為保證負載誤差不超過1%，求電阻比M=R/RL（RL為負載電阻）。答：當位移x總行程時，負載誤差為最大（1分），即 （2分） 可推知， 即電位器電阻R應(yīng)不大于負載電阻RL的4。（2分）4描述并推導(dǎo)證明熱電偶傳感器中間溫度定律，說明該定律應(yīng)用的實際意義是什么？三、（10分）簡述電渦流傳感器的工作原理，并舉出兩種傳感器的測量電路，說明電

5、路的測量原理。答：電渦流傳感器是利用電渦流效應(yīng)，將位移、溫度等非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化（或電感的變化，或Q值的變化），從而進行非電量電測的。ras線圈等效外徑，一個通有交變電流的線圈，由于電流的變化，在線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場H1，當被測導(dǎo)體置于該磁場范圍之內(nèi)，被測導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，從而導(dǎo)致線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生改變。一般地說，傳感器線圈的阻抗、電感和品質(zhì)因數(shù)的變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān)，也與線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中一個變化，其余皆不變化，就可以構(gòu)成

6、測位移、測溫度、測硬度等各種傳感器。根據(jù)傳感器線圈與被測導(dǎo)體間的距離x的變化可以轉(zhuǎn)換為品質(zhì)因數(shù)Q、阻抗E、線圈電感L三個參數(shù)的變化。（5分） 1. 調(diào)幅式電路 L、C0組成諧振電路，諧振頻率 振蕩器向傳感器線圈L和C組成的并聯(lián)諧振回路提供一個頻率及振幅穩(wěn)定的高頻激勵信號，它相當于一個恒流源。當被測導(dǎo)體距傳感器線圈相當遠時，傳感器諧振回路的諧振頻率為回路的固有頻率，這時諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q值最高，阻抗最大，振蕩器提供的恒定電流與其上產(chǎn)生的壓降最大。當被測導(dǎo)體與傳感器線圈距離在傳感器測試范圍內(nèi)變化時，由于渦流效應(yīng)使傳感器的品質(zhì)因數(shù)Q值下降，傳感器線圈的電感也隨之發(fā)生變化，從而使諧振回路工作在失諧狀

7、態(tài)，這種失諧狀態(tài)隨被測導(dǎo)體與傳感器線圈距離越來越近而變得越來越大，回路輸出的電壓也越來越小。諧振回路輸出的信號經(jīng)檢波、濾波放大后送給后繼電路，可直接顯示出被測無體的位移量。 2. 調(diào)頻式電路 將LC諧振回路和放大器結(jié)合構(gòu)成LC振蕩器，故頻率始終為諧振頻率，幅值始終為諧振曲線峰值，即： ， 可見，在渦流增大時，L1減小，R1增大和諧振頻率變高，而輸出幅值變小。利用頻率與幅值同時變化的特點，測出圖中峰值、（利用峰值檢波器）直接輸出頻率。 優(yōu)點：電路簡單，線性范圍寬。（7分）四、（10分）霍爾片采用恒壓源供電，為補償溫度誤差，采用在輸入回路串聯(lián)電阻，若已知霍爾元件靈敏度溫度系數(shù)為，霍爾元件輸入電阻溫

8、度系數(shù)為，溫度t0時的輸入電阻為Ri0，霍爾元件靈敏度系數(shù)為KH0；溫度t1時的輸入電阻為，霍爾元件靈敏度系數(shù)為,請推導(dǎo)串聯(lián)的電阻RP的大小。IHRPVVH答：當霍爾元件采用穩(wěn)壓電源供電，且霍爾輸出開路狀態(tài)工作時，可在輸入回路串入適當電阻來補償溫度誤差。 在溫度t0時，KH0為霍爾元件靈敏度系數(shù)；Ri0為霍爾元件輸入電阻。 在溫度t時， 其中：霍爾元件靈敏度溫度系數(shù) 霍爾元件的電阻溫度系數(shù)（4分） ； 為使 則 回路中串聯(lián)的溫度補償電阻： 五、（10分）敘述超聲波傳感器傳播時間法測流量的原理。并結(jié)合下圖推導(dǎo)被測流體的平均流速v的計算公式。（推導(dǎo)出流速即可）（D管道直徑；c超聲波在靜止流體中的速

9、度；v被測流體的平均流速）答：工作的基本原理（4分）：聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體流速的關(guān)系求取流速，稱之為傳播時間法。推導(dǎo)過程（6分）：六、（10分）設(shè)壓電式傳感器的等效電容和電阻分別為，連接放大器導(dǎo)線的電容為Cc，放大器的輸入電阻和輸入電容為Ri, CI，反饋電阻和電容為RF ，CF ，1、 畫出電荷放大器的等效電路；2、 推到電荷放大器輸出電壓表達式，說明壓電式傳感器電荷放大器為什么不用配固定的電纜。答：1、 電荷放大器的等效電路為上圖為電壓放大器電路簡化等效電路圖，圖中； CCcCi。2、C/A

10、Cf 1，1/A10（Ca+Cc+Ci）以上時， 可認為傳感器的靈敏度與電纜電容無關(guān)，更換電纜和使用較長電纜（數(shù)百米）時，無需重新校正傳感器靈敏度。1、 激光位移傳感器利用三角測距原理，采用位置敏感器件（PSD）工作，試述（12分）（1） 試畫圖說明PSD工作時電流與位置之間的關(guān)系；（3分）（2） 試用公式推導(dǎo)PSD的位置分辨力由什么因素決定（3分）（3） 若已知B=50mm, f=12mm, PSD的全長L=2mm, 全光電流, , 計算出被測距離。（4分）位移傳感器工作原理圖1-投光透鏡 2-紅外LED 3-一維PSD 4-聚光透鏡(1) PSD通常工作在反向偏壓狀態(tài)，PSD的公用極3接正電壓，輸出極1和2分別接地，這是流經(jīng)電極3的電流與入射光的強度成正比，流經(jīng)電極1和2的電流、與入射光的強度和入射光點的位置有關(guān)，由于P層為均勻的電阻層，因此、與光點到相應(yīng)電極的距離成反比，并且，如果將坐標原點設(shè)在器件的中心點，則式中：為PSD的長度，為入射光點的位置。(2) 位置分辨力是指PSD受光面上能檢測到得最小變位微小變位引起的位置計算的變化量為若電流差為